GPS-GSM車(chē)載定位終端的設計

1 引言

車(chē)輛在我國越來(lái)越普及，車(chē)輛的安全管理問(wèn)題也因此越來(lái)越受到關(guān)注。目前，我國很多部門(mén)和系統中的車(chē)輛都缺乏有序的管理，甚至呈現比較混亂的局面。比如在郵政系統中，利用郵政車(chē)輛私運貨物的現象較為普遍地存在。在公交、出租、客運等行業(yè)，同樣存在著(zhù)對車(chē)輛進(jìn)行協(xié)調、管理、調度、監控等要求。GPS車(chē)載定位系統利用GPS的全球定位能力和現有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )（GSM或GPRS）的雙向數據傳輸能力，從而能夠實(shí)現調度中心對車(chē)輛的跟蹤定位、管理調度以及安全監控。典型的車(chē)載定位系統主要由定位終端和監控中心兩部分組成。其中車(chē)載終端是整個(gè)系統設計的關(guān)鍵。本文介紹作者參與的GPS車(chē)載定位系統中車(chē)載定位終端的設計。該終端已經(jīng)得到了一定的應用。本終端在設計上采用新穎的雙CPU設計，有效地解決了終端難以長(cháng)時(shí)連續運行的問(wèn)題。

2 系統硬件結構

車(chē)載終端的主要功能包括兩個(gè)方面，一是通信功能：能夠利用終端獲取來(lái)自監控中心的各種信息，這些信息絕大部分是中心對終斷發(fā)出的指令，而終端也必須能夠迅速地對中心做出回應并給出報告；二是監控：獲取中心的命令后，終端要能夠根據指令的要求對車(chē)輛的狀況作出檢測，并在需要時(shí)對車(chē)輛加以控制。對于通信功能，終端主要通過(guò)一個(gè)OEM的工業(yè)手機模塊來(lái)實(shí)現，利用該模塊不僅能夠滿(mǎn)足這一功能需求，配合一個(gè)車(chē)載手柄，能夠完全實(shí)現一個(gè)車(chē)載手機的功能，用戶(hù)可以利用該手柄任意收發(fā)短訊或撥打、接聽(tīng)電話(huà)，而并不僅僅局限于終端同中心之間的通信。對于監測功能，中心所需的絕大部分信息來(lái)自終端帶有的一個(gè)全球定位系統（GPS）模塊，該模塊能夠提供終端（也即車(chē)輛）所在的時(shí)間、所處的地理位置、行駛的速度和方向等信息。另一部分中心所需的信息，部分利用專(zhuān)用傳感器，如油箱內油量狀態(tài)和使用情況的探測，部分則簡(jiǎn)單的通過(guò)一個(gè)模擬信號接入端口來(lái)實(shí)現，如車(chē)門(mén)的開(kāi)閉、發(fā)動(dòng)機是否啟動(dòng)等。終端對車(chē)輛控制的則利用一組繼電器，通過(guò)輸出不同電平進(jìn)行控制，作者設計的車(chē)載終端還可以與市場(chǎng)上現有的各種車(chē)載防盜器相連，進(jìn)一步加強對車(chē)輛的監測和控制功能。當系統所實(shí)現的功能稍微復雜時(shí)，終端還會(huì )集成一個(gè)存儲器模塊(一般使用FLASH模塊)，用于實(shí)現固定信息的存儲和行駛軌跡的記錄，并能夠通過(guò)一個(gè)RS232接口實(shí)現對該存儲器的讀寫(xiě)，此舉也能夠節省一筆通信費用。

以上所提到的GSM模塊、GPS模塊、車(chē)載手柄以及防盜報警器以及FLASH，通過(guò)一片高性能的單片機作為控制器，即可實(shí)現對它們的全面控制?？刂破魍ㄟ^(guò)UART口分別編程控制GSM、GPS和手柄，利用通IO口實(shí)現狀態(tài)輸入和控制輸出，并實(shí)現和防盜報警器的互聯(lián)，利用AD通道接入傳感器。需要說(shuō)明的是，多數單片機只有一個(gè)或二個(gè)串口，本系統控制三個(gè)模塊需要三個(gè)串口，同時(shí)還須為FLASH擴展一個(gè)232接口，因此有必要對串口進(jìn)行擴展，或者通過(guò)復用的方式編程實(shí)現，后者難度稍大一些，本系統采用的后一個(gè)方案。方案中還采用了一個(gè)小型CPU來(lái)對系統控制器進(jìn)行管理，在文中稍后予以詳細說(shuō)明。

圖1所示為作者設計的車(chē)載定位終端硬件設計框圖。

3 硬件的選擇

3.1 控制器的選取

MSP430F149是TI公司生產(chǎn)的一種Flash型超低功耗16位單片機，具有處理能力強、運行速度快、可靠性高等特點(diǎn)，能適應工業(yè)運行環(huán)境，特別適合于電池應用的場(chǎng)合或手持設備。在控制器的資源方面，MSP430F149帶有兩個(gè)UART口。其中UART0供GPS和手柄進(jìn)行復用，同時(shí)擴展的232接口也用這個(gè)串口，UART1用于GSM模塊；MSP430F149還帶有12位AD通道，方便模擬信號接口的設計。綜上，我們選擇MSP430F149作為系統的主控制器。

3.2 GPS模塊

本車(chē)載終端采用的GPS模塊是Holux GR-85，支持NMEA0813 V2.2版本數據協(xié)議即輸出數據為ASCII碼。具體含義可參考其應用手冊。數據輸出格式采用推薦定位語(yǔ)句：RMC語(yǔ)句。該定位語(yǔ)句數據包涵時(shí)間、經(jīng)緯度、速度、方向以及定位數據是否有效等參數，定位數據的刷新頻率是1Hz。

3.3 GSM模塊

終端采用Siemens公司的TC35I工業(yè)GSM模塊，該模塊的接口為40芯的ZIF連接器。其接口電路主要包括電源和啟動(dòng)電路、RS232接口、SIM卡連接口、語(yǔ)音接口等幾個(gè)部分。另外模塊帶有一個(gè)50Ω的天線(xiàn)連接器。